專(zhuān)利名稱(chēng)：快速限流型超導(dǎo)故障限流器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種短路電流限制技術(shù)，主要應(yīng)用于電力輸配電設(shè)備的保護(hù)，特別是一種快速限流型超導(dǎo)故障限流器。
背景技術(shù)：
隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，電力工業(yè)也在迅速發(fā)展，人們對(duì)電能的需求日益增長(zhǎng)，同時(shí)對(duì)供電的可靠性以及供電質(zhì)量的要求也越來(lái)越高。因此電網(wǎng)聯(lián)系緊密，結(jié)構(gòu)加強(qiáng)，環(huán)網(wǎng)增多，電網(wǎng)向超大規(guī)模方向發(fā)展，使電網(wǎng)的容量越來(lái)越大。電力系統(tǒng)的高速發(fā)展導(dǎo)致了系統(tǒng)短路電流水平急劇增加，短路電流水平的增加不僅對(duì)電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)更大的威脅，而且使原有開(kāi)關(guān)設(shè)備的遮斷容量不能滿(mǎn)足系統(tǒng)發(fā)展的要求。
目前國(guó)內(nèi)外電力系統(tǒng)限制短路電流措施主要有(1)增大主系統(tǒng)到配電設(shè)備間的阻抗，如采用高阻抗變壓器；中性點(diǎn)經(jīng)小電抗接地限制單相短路電流等。(2)改變系統(tǒng)運(yùn)行方式來(lái)限制短路電流，如分割母線、分割系統(tǒng)以及對(duì)具有大容量機(jī)組的電廠采用單元接線等。
然而，上述方法實(shí)現(xiàn)起來(lái)都有一定的局限性，如采用高阻抗變壓器將使電壓調(diào)節(jié)變得困難；采用分割母線、分割系統(tǒng)改變系統(tǒng)運(yùn)行方式來(lái)限制短路電流，使電站的出線回路數(shù)大大增加，這樣又會(huì)大大增加電站的投資，同時(shí)使本來(lái)已十分復(fù)雜的電站總體布置和出線走廊更加復(fù)雜化。為此必須尋求適應(yīng)電力系統(tǒng)發(fā)展、安全可靠、切實(shí)可行的限制系統(tǒng)短路電流的方法。
基于上述方法的局限性，本申請(qǐng)人曾于2003年12月26日申請(qǐng)發(fā)明專(zhuān)利“超導(dǎo)飽和鐵心故障限流器”，申請(qǐng)?zhí)枮?00310123539.8，該發(fā)明的限流技術(shù)相當(dāng)先進(jìn)，在系統(tǒng)正常工作時(shí)，接入電網(wǎng)的限流器阻抗值很小，對(duì)電網(wǎng)無(wú)影響；當(dāng)系統(tǒng)處于短路故障狀態(tài)時(shí)，呈現(xiàn)高阻抗，立即起到限制短路電流的作用。但是，仍然存在一些可進(jìn)一步改進(jìn)的不足之處，比如限流速度還有待于提高；限流能力也尚待提高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足和缺陷，提出一種快速限流型超導(dǎo)故障限流器，用于限制輸配電線路的短路電流，使輸配電線路中的用電設(shè)備安全運(yùn)行。與現(xiàn)有技術(shù)的超導(dǎo)飽和鐵心故障限流器相比，其集檢測(cè)、觸發(fā)和限流于一身，限流技術(shù)及限流速度更高一籌，是目前比較理想的限流裝置。
為達(dá)上述目的，本發(fā)明提供一種快速限流型超導(dǎo)故障限流器，其包括鐵心組，包括兩個(gè)及兩個(gè)以上成對(duì)的相同的口字形鐵心，均由硅鋼片裁剪疊合而成；交流繞組，分別套設(shè)在口字形鐵心的鐵心柱外，每一相的所有交流繞組相互串聯(lián)后，串接在交流電網(wǎng)中；超導(dǎo)直流繞組，包圍所有鐵心的內(nèi)側(cè)鐵心柱，并與恒流直流電源相接，其由超導(dǎo)帶材或超導(dǎo)線材繞制而成；短路輔助繞組，放置在超導(dǎo)直流繞組的內(nèi)側(cè)或外側(cè)，其形狀與超導(dǎo)直流繞組匹配，其可由超導(dǎo)帶材或超導(dǎo)線材繞制，也可由普通銅導(dǎo)線繞制而成；感應(yīng)斷路器，接在超導(dǎo)直流繞組的直流回路中；杜瓦，為一低溫容器，將所述的超導(dǎo)直流繞組全部容置于其真空腔中。
所述的口字形鐵心的排列方式，選自平行排列或圓周對(duì)稱(chēng)排列其中之一。
所述的交流繞組套設(shè)在口字形鐵心的鐵心柱外的方式，選自只有內(nèi)側(cè)鐵心柱上套設(shè)有交流繞組、只有外側(cè)鐵心柱上套設(shè)有交流繞組、內(nèi)側(cè)和外側(cè)鐵心柱上均套設(shè)有交流繞組其中之一，其纏繞方式為連續(xù)纏繞或非連續(xù)纏繞。
所述的超導(dǎo)直流繞組的繞制結(jié)構(gòu)，選自雙餅式結(jié)構(gòu)、單餅式結(jié)構(gòu)、圓筒式結(jié)構(gòu)其中之一。
所述的感應(yīng)斷路器選自機(jī)械式感應(yīng)斷路器、電子式感應(yīng)斷路器、智能式感應(yīng)斷路器其中之一，其作用是在短路瞬間使恒流直流電源與超導(dǎo)直流繞組及時(shí)斷開(kāi)。
所述的杜瓦由非導(dǎo)磁不銹鋼或耐低溫非金屬材料制成，其內(nèi)壁和外壁分別具有真空夾層，所述的真空腔形成于內(nèi)壁和外壁之間，真空腔中充以制冷劑。
所述的杜瓦的形狀選自圓環(huán)柱形、跑道形、正方柱形、長(zhǎng)方柱形其中之一。
為達(dá)上述目的，本發(fā)明還提供一種快速限流型超導(dǎo)故障限流器，其包括鐵心組，包括一個(gè)及一個(gè)以上的日字形鐵心，均由硅鋼片裁剪疊合而成，其中間鐵心柱的截面積為兩側(cè)兩個(gè)相同的鐵心柱的截面積之和；交流繞組，套設(shè)在日字形鐵心的兩側(cè)鐵心柱外，每一相的所有交流繞組相互串聯(lián)后，串接在交流電網(wǎng)中；超導(dǎo)直流繞組，包圍所有鐵心的中間鐵心柱，并與恒流直流電源相接，其由超導(dǎo)帶材或超導(dǎo)線材繞制而成；短路輔助繞組，放置在超導(dǎo)直流繞組的內(nèi)側(cè)或外側(cè)，其形狀與超導(dǎo)直流繞組匹配，其可由超導(dǎo)帶材或超導(dǎo)線材繞制，也可由普通銅導(dǎo)線繞制而成；感應(yīng)斷路器，接在超導(dǎo)直流繞組的直流回路中；杜瓦，為一低溫容器，將所述的超導(dǎo)直流繞組全部容置于其真空腔中。
所述的超導(dǎo)直流繞組的繞制結(jié)構(gòu)，選自雙餅式結(jié)構(gòu)、單餅式結(jié)構(gòu)、圓筒式結(jié)構(gòu)其中之一。
所述的杜瓦由非導(dǎo)磁不銹鋼或耐低溫非金屬材料制成，其內(nèi)壁和外壁分別具有真空夾層，所述的真空腔形成于內(nèi)壁和外壁之間，真空腔中充以制冷劑。
本發(fā)明的效果是，快速限流型超導(dǎo)故障限流器響應(yīng)迅速，限制短路電流速度快，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行安全可靠。超導(dǎo)直流繞組不存在失超問(wèn)題，有多次自啟動(dòng)功能，可用于重合閘場(chǎng)合。超導(dǎo)直流繞組在短路瞬間與恒流直流電源斷開(kāi)，因此其上的感應(yīng)過(guò)電壓不會(huì)沖擊恒流直流電源。該裝置基本上由鐵心電抗器、超導(dǎo)繞組和恒流直流電源等組成，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、技術(shù)成熟，易于工業(yè)化生產(chǎn)。


圖1為具有口字形鐵心組的快速限流型超導(dǎo)故障限流器的工作原理示意圖；圖2為口字形鐵心組平行排列的實(shí)施例之一的俯視示意圖；圖3為口字形鐵心組平行排列的實(shí)施例之二的俯視示意圖；圖4為口字形鐵心組平行排列的實(shí)施例之三的俯視示意圖；圖5為口字形鐵心組平行排列的實(shí)施例之四的俯視示意圖；圖6為各種典型杜瓦形狀的橫截面示意圖；圖7為具有日字形鐵心組的快速限流型超導(dǎo)故障限流器的工作原理示意圖；
圖8為具有一個(gè)日字形鐵心的實(shí)施例的俯視示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的具體實(shí)施方式
。
如圖1所示，為具有口字形鐵心組的快速限流型超導(dǎo)故障限流器，其包括鐵心組，包括兩個(gè)及兩個(gè)以上成對(duì)的相同的口字形鐵心1，均由硅鋼片裁剪疊合而成；交流繞組2，分別套設(shè)在口字形鐵心1的鐵心柱外，每一相的所有交流繞組2相互串聯(lián)后，串接在交流電網(wǎng)中，交流繞組2的擺放位置可以是“緊耦合”、“松耦合”或“松、緊耦合相結(jié)合”三種方式之一；超導(dǎo)直流繞組3，包圍所有鐵心的內(nèi)側(cè)鐵心柱11，并與恒流直流電源相接31，其由超導(dǎo)帶材或超導(dǎo)線材繞制而成；短路輔助繞組4，放置在超導(dǎo)直流繞組3的內(nèi)側(cè)或外側(cè)，其形狀與超導(dǎo)直流繞組3匹配，其可由超導(dǎo)帶材或超導(dǎo)線材繞制，也可由普通銅導(dǎo)線繞制而成；感應(yīng)斷路器5，接在超導(dǎo)直流繞組3的直流回路中；杜瓦6，為一低溫容器，將所述的超導(dǎo)直流繞組3全部容置于其真空腔中61，杜瓦6的外形形狀與超導(dǎo)直流繞組3的形狀相一致。
所述的口字形鐵心1的排列方式，選自平行排列或圓周對(duì)稱(chēng)排列其中之一。如圖2、3、4所示均為平行排列的口字形鐵心1，如圖5所示則為圓周對(duì)稱(chēng)排列的口字形鐵心1。
所述的交流繞組2套設(shè)在口字形鐵心1的鐵心柱外的方式，如圖2所示為只有內(nèi)側(cè)鐵心柱11上套設(shè)有交流繞組2，其擺放位置采用了“緊耦合”的方式，外側(cè)鐵心柱12上沒(méi)有交流繞組；有的是只有外側(cè)鐵心柱12上套設(shè)有交流繞組2，內(nèi)側(cè)鐵心柱11上沒(méi)有交流繞組2，圖中未示；而如圖3、4和5所示，內(nèi)側(cè)鐵心柱11和外側(cè)鐵心柱12上均套設(shè)有交流繞組2。交流繞組2的纏繞方式可以是連續(xù)纏繞的交流繞組，也可以是非連續(xù)纏繞的交流繞組。如圖3和4所示，交流繞組2采用緊耦合和松耦合相結(jié)合方式，如圖5所示，六個(gè)口子型鐵心1對(duì)稱(chēng)地分布在圓周上，交流繞組2仍采用緊耦合和松耦合相結(jié)合方式，而且，每相的所有交流繞組2相互串聯(lián)接到交流電網(wǎng)中。
如圖2所示，一相的具有口字形鐵心組的快速限流型超導(dǎo)故障限流器至少由兩個(gè)口字形鐵心1組成，兩個(gè)口字形鐵心1上的交流繞組2對(duì)稱(chēng)套置于各自的內(nèi)側(cè)鐵心柱11上。
所述的超導(dǎo)直流繞組3的繞制結(jié)構(gòu)，可以選自傳統(tǒng)的雙餅式結(jié)構(gòu)、單餅式結(jié)構(gòu)、圓筒式結(jié)構(gòu)其中之一，超導(dǎo)直流繞組3由超導(dǎo)帶材或超導(dǎo)線材繞制而成，無(wú)論口字形鐵心1和交流繞組2如何擺放，超導(dǎo)直流繞組3和短路輔助繞組4一起包圍所有內(nèi)側(cè)鐵心柱11。
所述的感應(yīng)斷路器5可以根據(jù)需要選自機(jī)械式感應(yīng)斷路器、電子式感應(yīng)斷路器、智能式感應(yīng)斷路器其中之一，其作用是在短路瞬間使恒流直流電源31與超導(dǎo)直流繞組3及時(shí)斷開(kāi)。
如圖6所示，所述的杜瓦6由非導(dǎo)磁不銹鋼或耐低溫非金屬材料制成，其內(nèi)壁611和外壁612分別具有真空夾層，所述的真空腔61形成于內(nèi)壁611和外壁612之間，真空腔61中充以制冷劑。
所述的杜瓦6的形狀根據(jù)需要可以選自圓環(huán)柱形、跑道形、正方柱形、長(zhǎng)方柱形其中之一，如圖6之(a)和圖5所示為圓環(huán)柱形的杜瓦6；如圖6之(b)和圖2所示為跑道形的杜瓦6；如圖6之(c)和圖3所示為正方柱形的杜瓦6；如圖4所示為長(zhǎng)方柱形的杜瓦6。
如圖7所示，為一種具有日字形鐵心組的快速限流型超導(dǎo)故障限流器，其包括鐵心組，包括一個(gè)及一個(gè)以上的日字形鐵心1’，均由硅鋼片裁剪疊合而成，其中間鐵心柱11’的截面積為兩側(cè)兩個(gè)相同的鐵心柱12’的截面積之和；交流繞組2，套設(shè)在日字形鐵心1’的兩側(cè)鐵心柱12’外，每一相的所有交流繞組2相互串聯(lián)后，串接在交流電網(wǎng)中；超導(dǎo)直流繞組3，包圍所有鐵心的中間鐵心柱11’，并與恒流直流電源31相接，其由超導(dǎo)帶材或超導(dǎo)線材繞制而成，請(qǐng)同時(shí)參考圖8所示；短路輔助繞組4，放置在超導(dǎo)直流繞組3的內(nèi)側(cè)或外側(cè)，其形狀與超導(dǎo)直流繞組3匹配，其可由超導(dǎo)帶材或超導(dǎo)線材繞制，也可由普通銅導(dǎo)線繞制而成；感應(yīng)斷路器5，接在超導(dǎo)直流繞組3的直流回路中；杜瓦6，為一低溫容器，將所述的超導(dǎo)直流繞組3全部容置于其真空腔61中。
所述的超導(dǎo)直流繞組3的繞制結(jié)構(gòu)，可以選自傳統(tǒng)的雙餅式結(jié)構(gòu)、單餅式結(jié)構(gòu)、圓筒式結(jié)構(gòu)其中之一。
如圖6所示，所述的杜瓦6由非導(dǎo)磁不銹鋼或耐低溫非金屬材料制成，其內(nèi)壁611和外壁612分別具有真空夾層，所述的真空腔61形成于內(nèi)壁611和外壁612之間，真空腔61中充以制冷劑。對(duì)于多個(gè)日字形鐵心1’組成的鐵心組，可以用如圖4所示的長(zhǎng)方柱形的杜瓦6，或圖6之(b)所示的跑道形的杜瓦6，因?yàn)槿兆中舞F心1’的排列方式只能是平行排列。
當(dāng)電網(wǎng)系統(tǒng)正常工作時(shí)，超導(dǎo)直流繞組3的偏磁使交流繞組2所包圍的鐵芯柱12或12’處于深度飽和狀態(tài)，這時(shí)，磁導(dǎo)率幾乎為零，交流繞組2上的阻抗值很小，對(duì)系統(tǒng)無(wú)影響；在電網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)生短路時(shí)，突然增大的短路電流使交流繞組2上產(chǎn)生的磁通勢(shì)增加至超導(dǎo)直流繞組3上的磁通勢(shì)，具有電壓降，呈現(xiàn)高阻抗。根據(jù)變壓器原理，此時(shí)感應(yīng)到超導(dǎo)直流繞組3上的電壓很高，在超導(dǎo)直流繞組3內(nèi)側(cè)或外側(cè)放置一個(gè)短路輔助繞組4，使對(duì)感應(yīng)到直流側(cè)的高電壓起到一定的屏蔽作用；另外，直流回路里接入的感應(yīng)斷路器5在短路瞬間，如檢測(cè)到某一設(shè)定電壓值，這時(shí)直流恒流電源31被及時(shí)斷開(kāi)，于是就可以很好地避免直流側(cè)的瞬時(shí)高電壓對(duì)直流恒流電源的沖擊。
由上所述可見(jiàn)，本發(fā)明的快速限流型超導(dǎo)故障限流器用于電網(wǎng)系統(tǒng)保護(hù)時(shí)，在電網(wǎng)短路瞬間，感應(yīng)斷路器5使恒流直流電源31與超導(dǎo)直流繞組3立即斷開(kāi)，每相所有交流繞組2都起到限制短路電流的作用，限制短路電流的能力是一般的超導(dǎo)飽和鐵心故障限流器的兩倍。由于直流電流在電網(wǎng)短路瞬間為零，鐵心退飽和速度增加，因此限制短路電流的速度也增加。
權(quán)利要求
1.一種快速限流型超導(dǎo)故障限流器，其特征在于，包括鐵心組，包括兩個(gè)及兩個(gè)以上成對(duì)的相同的口字形鐵心，均由硅鋼片裁剪疊合而成；交流繞組，分別套設(shè)在口字形鐵心的鐵心柱外，每一相的所有交流繞組相互串聯(lián)后，串接在交流電網(wǎng)中；超導(dǎo)直流繞組，包圍所有鐵心的內(nèi)側(cè)鐵心柱，并與恒流直流電源相接，其由超導(dǎo)帶材或超導(dǎo)線材繞制而成；短路輔助繞組，放置在超導(dǎo)直流繞組的內(nèi)側(cè)或外側(cè)，其形狀與超導(dǎo)直流繞組匹配，其可由超導(dǎo)帶材或超導(dǎo)線材繞制，也可由普通銅導(dǎo)線繞制而成；感應(yīng)斷路器，接在超導(dǎo)直流繞組的直流回路中；杜瓦，為一低溫容器，將所述的超導(dǎo)直流繞組全部容置于其真空腔中。
2.如權(quán)利要求1所述的快速限流型超導(dǎo)故障限流器，其中，所述的口字形鐵心的排列方式，選自平行排列或圓周對(duì)稱(chēng)排列其中之一。
3.如權(quán)利要求1所述的快速限流型超導(dǎo)故障限流器，其中，所述的交流繞組套設(shè)在口字形鐵心的鐵心柱外的方式，選自只有內(nèi)側(cè)鐵心柱上套設(shè)有交流繞組、只有外側(cè)鐵心柱上套設(shè)有交流繞組、內(nèi)側(cè)和外側(cè)鐵心柱上均套設(shè)有交流繞組其中之一，其纏繞方式為連續(xù)纏繞或非連續(xù)纏繞。
4.如權(quán)利要求1所述的快速限流型超導(dǎo)故障限流器，其中，所述的超導(dǎo)直流繞組的繞制結(jié)構(gòu)，選自雙餅式結(jié)構(gòu)、單餅式結(jié)構(gòu)、圓筒式結(jié)構(gòu)其中之一。
5.如權(quán)利要求1所述的快速限流型超導(dǎo)故障限流器，其中，所述的感應(yīng)斷路器選自機(jī)械式感應(yīng)斷路器、電子式感應(yīng)斷路器、智能式感應(yīng)斷路器其中之一。
6.如權(quán)利要求1所述的快速限流型超導(dǎo)故障限流器，其中，所述的杜瓦由非導(dǎo)磁不銹鋼或耐低溫非金屬材料制成，其內(nèi)壁和外壁分別具有真空夾層，所述的真空腔形成于內(nèi)壁和外壁之間，真空腔中充以制冷劑。
7.如權(quán)利要求6所述的快速限流型超導(dǎo)故障限流器，其中，所述的杜瓦的形狀選自圓環(huán)柱形、跑道形、正方柱形、長(zhǎng)方柱形其中之一。
8.一種快速限流型超導(dǎo)故障限流器，其特征在于，包括鐵心組，包括一個(gè)及一個(gè)以上的日字形鐵心，均由硅鋼片裁剪疊合而成，其中間鐵心柱的截面積為兩側(cè)兩個(gè)相同的鐵心柱的截面積之和；交流繞組，套設(shè)在日字形鐵心的兩側(cè)鐵心柱外，每一相的所有交流繞組相互串聯(lián)后，串接在交流電網(wǎng)中；超導(dǎo)直流繞組，包圍所有鐵心的中間鐵心柱，并與恒流直流電源相接，其由超導(dǎo)帶材或超導(dǎo)線材繞制而成；短路輔助繞組，放置在超導(dǎo)直流繞組的內(nèi)側(cè)或外側(cè)，其形狀與超導(dǎo)直流繞組匹配，其可由超導(dǎo)帶材或超導(dǎo)線材繞制，也可由普通銅導(dǎo)線繞制而成；感應(yīng)斷路器，接在超導(dǎo)直流繞組的直流回路中；杜瓦，為一低溫容器，將所述的超導(dǎo)直流繞組全部容置于其真空腔中。
9.如權(quán)利要求8所述的快速限流型超導(dǎo)故障限流器，其中，所述的超導(dǎo)直流繞組的繞制結(jié)構(gòu)，選自雙餅式結(jié)構(gòu)、單餅式結(jié)構(gòu)、圓筒式結(jié)構(gòu)其中之一。
10.如權(quán)利要求8所述的快速限流型超導(dǎo)故障限流器，其中，所述的杜瓦由非導(dǎo)磁不銹鋼或耐低溫非金屬材料制成，其內(nèi)壁和外壁分別具有真空夾層，所述的真空腔形成于內(nèi)壁和外壁之間，真空腔中充以制冷劑。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種快速限流型超導(dǎo)故障限流器，包括鐵心組，包括兩個(gè)及兩個(gè)以上成對(duì)的相同的口字形鐵心，均由硅鋼片裁剪疊合而成；交流繞組，分別套設(shè)在口字形鐵心的鐵心柱外，每一相的所有交流繞組相互串聯(lián)后，串接在交流電網(wǎng)中；超導(dǎo)直流繞組，包圍所有鐵心的內(nèi)側(cè)鐵心柱，并與恒流直流電源相接；短路輔助繞組，放置在超導(dǎo)直流繞組的內(nèi)側(cè)或外側(cè)，其形狀與超導(dǎo)直流繞組匹配；感應(yīng)斷路器，接在超導(dǎo)直流繞組的直流回路中；杜瓦，為一低溫容器，將所述的超導(dǎo)直流繞組全部容置于其真空腔中?？焖傧蘖餍统瑢?dǎo)故障限流器響應(yīng)迅速，限制短路電流速度快，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行安全可靠。
文檔編號(hào)H02H9/02GK1728495SQ20041005869
公開(kāi)日2006年2月1日 申請(qǐng)日期2004年7月28日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月28日
發(fā)明者張永, 牛瀟曄, 信贏, 龔偉志, 王洋, 高越農(nóng) 申請(qǐng)人:北京云電英納超導(dǎo)電纜有限公司